梁旭嵐 楊葉奎 張海露

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司銅仁思南供電局）

0 引言

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，對于電力測量和保護(hù)設(shè)備的要求也日益增加。在電力系統(tǒng)中，電流互感器是一種關(guān)鍵的設(shè)備，用于測量電流并傳輸信號。傳統(tǒng)的低壓電流互感器組常常存在體積龐大、難以安裝、維護(hù)困難等問題，不再適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的需求。因此，基于模塊化設(shè)計(jì)的低壓電流互感器組成為了一種重要的研究方向。

基于模塊化設(shè)計(jì)的低壓電流互感器組具有很大的研究意義和應(yīng)用前景。首先，模塊化設(shè)計(jì)可以將傳統(tǒng)體積龐大的低壓電流互感器組拆分為多個(gè)小模塊，降低了單個(gè)模塊的復(fù)雜性和難度，方便安裝和維護(hù)［1］。其次，通過模塊化設(shè)計(jì)，可以根據(jù)具體的需要靈活組合和調(diào)整模塊，實(shí)現(xiàn)不同電力系統(tǒng)的需求。同時(shí)，模塊化設(shè)計(jì)還有助于提高低壓電流互感器組的可靠性和精度，減少故障和誤差的發(fā)生，提高電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。最后，基于模塊化設(shè)計(jì)的低壓電流互感器組可以降低成本，在電力系統(tǒng)的運(yùn)行和管理中起到重要的作用。

基于模塊化設(shè)計(jì)的低壓電流互感器組是電力系統(tǒng)中重要的設(shè)備，國內(nèi)外都有相關(guān)研究和應(yīng)用。

國內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)和高校對基于模塊化設(shè)計(jì)的低壓電流互感器組進(jìn)行了廣泛研究。研究的重點(diǎn)包括互感器模塊的設(shè)計(jì)和制造、信號處理算法的優(yōu)化以及模塊之間的通信等［2］。一些研究者還關(guān)注互感器模塊的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)原理的應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用方面，已有一些基于該設(shè)計(jì)原理的低壓電流互感器組在國內(nèi)取得了良好的效果。

在國外，許多國際知名研究機(jī)構(gòu)和大型企業(yè)也對基于模塊化設(shè)計(jì)的低壓電流互感器組進(jìn)行了研究。他們主要關(guān)注模塊化設(shè)計(jì)對互感器組性能的影響、模塊的可替換性和互感器組的可擴(kuò)展性等方面，已經(jīng)有一些國外公司推出了基于該設(shè)計(jì)原理的商業(yè)產(chǎn)品，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了成功。

1 低壓電流互感器組的模塊化設(shè)計(jì)原理

1.1 模塊化設(shè)計(jì)原理與優(yōu)勢

模塊化設(shè)計(jì)原理是指將復(fù)雜的系統(tǒng)或產(chǎn)品劃分為相互獨(dú)立的模塊，每個(gè)模塊具有清晰的功能，并通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口進(jìn)行通信和交互。模塊化設(shè)計(jì)原理的核心思想是通過將系統(tǒng)拆分成獨(dú)立的部分，以實(shí)現(xiàn)高內(nèi)聚、低耦合的設(shè)計(jì)，并提高系統(tǒng)的可重用性、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性［3］。在低壓電流互感器組的研究中，模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢得到了充分的體現(xiàn)，具體體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）提高研發(fā)和生產(chǎn)效率：通過將低壓電流互感器組劃分為不同的模塊，研發(fā)人員可以同時(shí)進(jìn)行各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，從而縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。此外，模塊化設(shè)計(jì)還可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

（2）提高產(chǎn)品的可維護(hù)性和可升級性：由于低壓電流互感器組是由多個(gè)模塊組成的，當(dāng)某個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)，只需替換故障模塊而無需更換整個(gè)組件。這不僅節(jié)約了維修成本，還減少了維修時(shí)間。同時(shí)，模塊化設(shè)計(jì)還可以方便產(chǎn)品的升級和功能擴(kuò)展，使產(chǎn)品具有更好的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性。

（3）提高產(chǎn)品的可靠性和安全性：通過將低壓電流互感器組劃分為獨(dú)立的模塊，可以減少模塊之間的相互影響，從而降低故障的傳播風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，模塊化設(shè)計(jì)還可以加強(qiáng)對各個(gè)模塊的測試和驗(yàn)證，提高產(chǎn)品的可靠性和安全性。

1.2 低壓電流互感器組的模塊化設(shè)計(jì)原則

低壓電流互感器組的模塊化設(shè)計(jì)原則是指將互感器組件劃分為各個(gè)獨(dú)立的模塊，每個(gè)模塊具有特定的功能和接口，通過組合這些模塊，可實(shí)現(xiàn)靈活配置和可擴(kuò)展性［4］。以下是低壓電流互感器組的模塊化設(shè)計(jì)原則：

（1）獨(dú)立模塊化：低壓電流互感器組中的每個(gè)電流互感器被設(shè)計(jì)為獨(dú)立的模塊，具有獨(dú)立的電流測量和接線功能。這種獨(dú)立模塊化設(shè)計(jì)能夠方便模塊的安裝和維護(hù)，同時(shí)減少了因一個(gè)模塊故障而影響整個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）互換性與可調(diào)節(jié)性：每個(gè)電流互感器模塊具有相同的接口和尺寸，可以互換使用。此外，模塊還具有可調(diào)節(jié)的特性，可以根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整模塊之間的間距，以適應(yīng)不同變壓器二次出線樁頭的間距。

（3）標(biāo)準(zhǔn)化接口：為了實(shí)現(xiàn)模塊的互換性和方便接線，低壓電流互感器組采用了標(biāo)準(zhǔn)化接口設(shè)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)化的插座和插頭設(shè)計(jì)確保了模塊之間的連接和接線的一致性，降低了接線錯(cuò)誤的概率［5］。

（4）易于標(biāo)識：為了準(zhǔn)確接線，每個(gè)模塊都具有明確的標(biāo)識，包括電壓接線端和電流接線端的顏色和標(biāo)記。這種標(biāo)識設(shè)計(jì)便于用戶按照計(jì)量二次回路電纜標(biāo)識進(jìn)行正確的接線，降低了接線錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。

2 基于模塊化設(shè)計(jì)的低壓電流互感器組研究

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了解決低壓電流互感器在接線方面的問題，本文通過對基于模塊化設(shè)計(jì)的低壓電流互感器組的研究，提出了一種基于模塊化設(shè)計(jì)的防竊防錯(cuò)誤接線的新型組合低壓互感器組，可以提高系統(tǒng)的可靠性、靈活性和可維護(hù)性，其結(jié)構(gòu)如圖所示。

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案具體如下：

（1）模塊化設(shè)計(jì)：將三個(gè)獨(dú)立的低壓穿芯式電流互感器組合在一起，形成一個(gè)整體的組合低壓互感器。這樣的設(shè)計(jì)靈活性高，可以根據(jù)不同變壓器二次出線樁頭的間距左右滑動進(jìn)行調(diào)整，以滿足不同的接線需求。

（2）組合盒體設(shè)計(jì)：組合低壓互感器的插座和插頭部分分別解決了二次電流回路和工作電壓回路的接線問題。該互感器組的設(shè)計(jì)使用了一種類似于航空插頭的結(jié)構(gòu)，其中插座部分固定在互感器組上，而插頭部分是可拆卸的。插頭部分有電壓和電流兩個(gè)接線端，分別與固定插頭的相應(yīng)接頭匹配。

（3）標(biāo)識設(shè)計(jì)：為了確保準(zhǔn)確的接線，活動插頭的電壓接線端設(shè)有A（黃色）、B（綠色）、C（紅色）和N（藍(lán)色）的接線孔，而電流接線端則設(shè)有aS1、aS2（黃色），bS1、bS1（綠色）和cS1、cS1（紅色）的接線孔。這種標(biāo)識使用戶能夠根據(jù)計(jì)量二次回路電纜標(biāo)識進(jìn)行正確的接線操作，提供便利和準(zhǔn)確性。

（4）防護(hù)設(shè)計(jì)：為了保護(hù)接線的安全性，電壓電流組合插頭的倒立插入部分頂部配備了防雨罩，并且插口兩側(cè)還配備了獨(dú)立的可調(diào)緊固螺栓。這樣的設(shè)計(jì)可以防止水分和雜物進(jìn)入插頭，從而提高接線的可靠性。

圖新型組合低壓互感器組結(jié)構(gòu)圖

2.2 單元模塊選擇與優(yōu)化設(shè)計(jì)

在基于模塊化設(shè)計(jì)的低壓電流互感器組中，單元模塊的選擇和優(yōu)化設(shè)計(jì)是關(guān)鍵的步驟。以下是在單元模塊選擇與優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的具體內(nèi)容：

（1）磁芯模塊：選擇性能優(yōu)良的鐵氧體材料和磁性導(dǎo)體材料，這些材料具有較高的磁導(dǎo)率和飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，能夠提高低壓電流互感器的感應(yīng)效果和精度［6］。同時(shí)，通過優(yōu)化磁芯的形狀和尺寸，可以提高磁場的均勻性和穩(wěn)定性。

（2）繞組模塊：在繞組模塊的設(shè)計(jì)上，采用精確的繞組工藝和高質(zhì)量的導(dǎo)線材料。繞組的匝數(shù)和間隔需要進(jìn)行精準(zhǔn)控制，以確保電流的準(zhǔn)確感應(yīng)和測量。同時(shí)，通過優(yōu)化繞組的布局結(jié)構(gòu)，可以很大程度上減小互感器的尺寸和重量，提高其緊湊性和便攜性。

（3）絕緣模塊：絕緣模塊是保證低壓電流互感器組在高壓環(huán)境下安全可靠工作的關(guān)鍵。通過選擇具備高絕緣性能的材料，以保證絕緣強(qiáng)度和耐電壓能力。同時(shí)，材料應(yīng)具備耐高溫、耐腐蝕和防塵防水的特性，以滿足各種惡劣環(huán)境的使用需求。

（4）外殼模塊：外殼模塊的選擇應(yīng)考慮到耐高溫、耐腐蝕和防塵防水的要求。通過選取合適的外殼材料，可以保護(hù)低壓電流互感器組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電路。外殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也應(yīng)考慮安裝和連接的便捷性，并提供良好的防護(hù)和絕緣性能［7］。

2.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證基于模塊化設(shè)計(jì)的低壓電流互感器組的性能和功能，進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。以下是對該系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的內(nèi)容：

靈活性驗(yàn)證：使用不同間距的變壓器二次出線樁頭進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并通過調(diào)整低壓互感器組的位置來適應(yīng)不同的間距。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠靈活調(diào)整以適應(yīng)不同的接線需求，保持穩(wěn)定的工作性能，并可對不同變壓器二次出線樁頭間距的變化做出快速響應(yīng)。

接線準(zhǔn)確性驗(yàn)證：根據(jù)標(biāo)識設(shè)計(jì)，按照計(jì)量二次回路電纜標(biāo)識進(jìn)行正確的接線。通過測量輸入電流和輸出信號的對比，驗(yàn)證了該組件在正確接線的情況下能夠準(zhǔn)確傳輸和測量信號，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

可靠性驗(yàn)證：對防護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證，在不同環(huán)境下，包括模擬雨水和雜物的干擾，將插頭部分暴露。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，防雨罩和緊固螺栓能夠有效防止水分和雜物進(jìn)入插頭，保護(hù)接線的安全性，確保系統(tǒng)的可靠性。

3 應(yīng)用前景分析

基于模塊化設(shè)計(jì)的低壓電流互感器組具有廣闊的應(yīng)用前景，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

工業(yè)自動化：低壓電流互感器組可以應(yīng)用于各種工業(yè)自動化系統(tǒng)中，用于電流監(jiān)測、電能計(jì)量、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測等。通過模塊化設(shè)計(jì)，可以根據(jù)不同的工業(yè)場景和需求，靈活搭配模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、通信等功能，提高工業(yè)自動化系統(tǒng)的智能化和效率［8］。

智能電網(wǎng)：低壓電流互感器組在智能電網(wǎng)中扮演重要角色。它可以實(shí)現(xiàn)低壓電網(wǎng)的電流監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，在實(shí)時(shí)監(jiān)測電網(wǎng)狀態(tài)、電能質(zhì)量以及電流負(fù)荷等方面發(fā)揮作用。通過模塊化設(shè)計(jì)，可以快速響應(yīng)電網(wǎng)變化，優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行，提高電網(wǎng)的可靠性和安全性。

新能源：低壓電流互感器組可以廣泛應(yīng)用于新能源領(lǐng)域，如光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等。它可以用于電流監(jiān)測、電能計(jì)量和數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)對新能源發(fā)電裝置的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測和性能評估，幫助優(yōu)化能源利用效率。

智能家居：低壓電流互感器組也可以廣泛應(yīng)用于智能家居領(lǐng)域。通過監(jiān)測家庭電路中的電流變化，可以實(shí)現(xiàn)對家電設(shè)備的智能控制和能耗管理，提高家庭能源利用效率和節(jié)能減排效果。

新興應(yīng)用領(lǐng)域：隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的發(fā)展，低壓電流互感器組也將得到更廣泛的應(yīng)用。例如在智能交通系統(tǒng)中，它可以用于交通信號燈控制、電動汽車充電樁監(jiān)測等方面。

4 結(jié)束語

本文主要研究了基于模塊化設(shè)計(jì)的低壓電流互感器組，并對其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過選擇性能優(yōu)良的單元模塊材料，有效降低了互感器組的體積和重量，并提高了其靈活性和可維修性。這種模塊化設(shè)計(jì)還為后續(xù)的功能拓展和性能優(yōu)化提供了便利。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于模塊化設(shè)計(jì)的低壓電流互感器組具備了優(yōu)良的性能和功能。同時(shí)，基于模塊化設(shè)計(jì)的低壓電流互感器組具有廣闊的應(yīng)用前景。它可以應(yīng)用于工業(yè)自動化、智能電網(wǎng)、新能源、智能家居等各個(gè)領(lǐng)域。通過靈活的模塊組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以滿足不同領(lǐng)域和應(yīng)用場景的需求，推動各個(gè)領(lǐng)域的智能化和可持續(xù)發(fā)展。這種低壓電流互感器組的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為電力系統(tǒng)提供了一種創(chuàng)新的解決方案，有助于提高系統(tǒng)的可靠性、靈活性和可維護(hù)性，推動電力系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展，并致力于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。